水流作用下的渔网水动力数值方法研究

为了研究渔网在水流作用下的受力及变形情况,文章基于ABAQUS二次开发技术,结合网平面经验公式,编写了水动力计算模型。根据网衣的密实度、雷诺数和网平面与流速的夹角与水动力系数的关系式,计算出每个网目的水动力系数,再施加在网衣的每个网目上,最终计算出整个网衣的水动力和变形情况。同时在该方法中也考虑了流速衰减的问题。通过此方法验证了网箱在不同网格数和沉子质量时水动力和网箱体积计算结果的准确性,未来可以应用该方法计算网箱在水流下的水动力。     

不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应试验

为研究不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应,设计对应的节段模型试验,分析考虑随机波作用的3种锚泊方式悬浮隧道的动力特性。根据相似准则,考虑波流水槽的尺寸,设计几何比尺为1∶150的物理模型试验。将数值模拟结果与试验结果相对比,验证试验结果的准确性和可靠性。开展不同工况下的模型试验,分析随机波作用下3种典型锚泊方式悬浮隧道管体结构的横荡、垂荡和横摇运动响应,以及锚索的受力情况。研究结果表明：锚泊方式1的抑振能力最差,锚索缆力最大,安全性最差;锚泊方式2在垂荡方向上具有较好的抑振能力,锚索缆力比锚泊方式1小;锚泊方式3在横荡、纵荡、横摇运动响应和锚索缆力方面的表现均较佳,安全性更好。该研究可供悬浮隧道工程及其他类似工程的锚泊设计提供参考。     

水流作用下悬浮隧道耦合动力数值模拟分析

安装在深水区的悬浮隧道在水流作用下会产生交替脱落的漩涡,从而使得悬浮隧道受到周期性的力,进一步导致悬浮隧道产生涡激振动。当涡脱落频率与悬浮隧道固有频率相接近时会发生锁定现象,进而导致悬浮隧道发生振幅较大的运动,类似于结构的共振状态。文章利用有限元数值方法求解不可压缩粘性流体雷诺平均Navier-Stokes方程,并结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格方法,对不同雷诺数下(Re=1 000～100 000)悬浮隧道的涡激振动问题进行了数值模拟研究。计算中悬浮隧道受到弹簧和阻尼的约束,并允许其仅发生横流向的运动,研究了不同结构自振频率下悬浮隧道的受力和运动情况以及不同浮重比情况下悬浮隧道的受力和运动的结果。结果表明,在计算的各雷诺数下,悬浮隧道发生锁定的频率基本一致,但是悬浮隧道不同浮重比对锁定区间存在影响作用。     

水下爆炸作用下箱形梁模型响应试验研究

对模拟水面舰船结构的箱形梁模型在水下爆炸作用下的响应进行试验,借助高速摄像机观测气泡脉动过程和结构响应过程,发现箱形梁结构在水下爆炸作用下的响应可以分为三个阶段.不同的爆点位置,气泡脉动能够激起不同振动形式的鞭状响应运动.     

波浪作用下悬浮结构水动力特性分析

悬浮隧道作为一种新型的水上概念交通形式,自该概念提出以来,受到世界各国学者的广泛关注。为了有较好的水动力特性,通常做成类圆管形状。文章基于势流理论,采用高阶边界元方法建立数学模型,分析了悬浮隧道在不同环境参数下的水动力特性,对圆形、椭圆形和双圆截面结构所受波浪激振力、附加质量和辐射阻尼进行了分析比较,研究了结构物不同淹没深度、不同截面形状以及结构不同特征参数对其水动力特性的影响。研究结果表明:当淹没水深增加,圆截面受到的波浪激振力和辐射阻尼都会随之减小,而附加质量的变化较小;对于椭圆和双圆截面的比较,水平方向椭圆截面所受波浪激振力和附加质量都比双圆截面小,而在垂直方向的波浪激振力和附加质量则较大,且椭圆截面所受的辐射阻尼比双圆截面在水平和垂直方向上均较大;对于双圆截面,结构物受到的水平方向上的波浪激振力和辐射阻尼随着中心距的增大而增大,在垂直方向则体现出相反的趋势,附加质量在两个方向上都均随着中心距的增大而减小。本研究计算结果可为悬浮隧道相关工程的截面选择提供参考。     

鱼雷形水下机器人水动力试验研究

水下机器人的水动力参数是建立其空间运动数学模型的重要基础,文章对某鱼雷外形的水下机器人,在循环水槽进行了模型水动力试验,得到水下机器人阻力曲线、绘制出了水平斜航和垂直斜航受力随攻角和漂角变化的曲线并将其回归成与漂角或攻角相关的表达式,得到了与操纵性能相关的主要水动力系数,在此基础上对水下机器人的运动稳定性进行了分析,研究结果表明水下机器人能够满足运动稳定性的要求,同时试验得到的水动力参数为水下机器人的操纵性分析及运动控制提供依据.     

双管悬浮隧道水动力性能试验

利用波流水槽构建双管悬浮隧道（SFT）节段模型,对其水动力性能进行试验研究,详细研究其在波流环境下的水动力性能,并将所得结果与传统单管SFT的水动力性能进行对比。结果表明：随着波浪周期的增加,双管SFT没有出现明显的峰值,运动曲线保持平稳状态,原因可能是双管SFT结构的基频得到提升,有效避开了常规波流载荷共振的能量密集区;与传统的单管SFT相比,无论是波流联合作用,还是波流单独作用,双管SFT在横荡、垂荡和横摇方向上的运动响应和锚索缆力幅值均更小,安全平稳性更好,且随着波高的增加,该效果越明显。研究结果可为SFT和其他类似工程的开展提供参考。     

波浪作用下岸坡动力响应试验研究

利用波浪水槽对波浪作用下岸坡孔隙水压力响应进行试验研究,观察分析岸坡坍塌破环现象和机理,试验入射波采用椭圆余弦波。试验结果分析表明,岸坡内孔隙水压力随波高和周期的增大而增大,岸坡土体介质与介质孔隙水压力密切相关,孔隙水压力对岸坡稳定性有重要影响。     

波浪作用下弹性板的水动力响应

为准确预报聚焦波作用下弹性板的非线性动力响应,充分掌握极端波浪条件对超大型浮体动力响应的影响,选用一种基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法,对弹性板在规则波和聚焦波作用下的不同响应特性进行研究。同时,开展水槽模拟试验,并将试验结果与理论结果进行对比,验证该水弹性分析方法的有效性。试验结果表明：基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法在超大型浮体动力响应分析方面具有良好的准确性和简便性;在规则波作用下,随着规则波波陡和波长的增加,弹性板响应幅值增大;在聚焦波作用下,谱峰波长和最大波幅对弹性板响应的峰值和谷值有显著影响。     

撞击载荷下水下管汇动力响应研究

水下管汇是水下生产系统的关键设备之一,其所处的复杂海洋环境承受着极其多变的环境载荷.以水下管汇为研究对象,分析其受落物撞击的影响.利用双线性随动强化模型模拟水下管汇,LS-DYNA求解器计算不同厚度防护板的水下管汇在霍尔锚横向、纵向和30°倾斜3个角度下的撞击过程.研究表明:防护板厚度越大,所吸收碰撞的能量占管汇吸收能量的比率就越小,相反受到冲击时的变形抗性就越大;同等撞击载荷下,5～8 mm厚度防护板既能够有效控制撞击凹陷深度又能吸收较多的冲击能量;在船锚的碰撞过程中,距离撞击位置最近的管系接口影响最大.同时,锚击还会在管系中管道连接处和弯管处产生应力集中;与管系相连接的闸阀在振动过程中产生的加速度幅值与防护板厚度和撞击角度并无太大关系.     

波流作用下高桩码头动力响应试验研究

针对外海工程地质环境,以高桩码头为研究对象,设计波流作用下水槽试验方案,开展波流作用下高桩码头动力响应的试验研究,还原了高桩码头真实的使用环境,探讨高桩码头桩身内部响应差异,分析自由场与桩周土孔压和加速度的响应关系。结果表明：1)高桩码头各桩响应差异明显,顺波流方向桩身所受动水压力逐渐减小,桩身弯矩前排桩大于后排桩,中间桩大于两侧桩;2)面板位移和加速度呈周期性变化,扭转随波流作用逐渐减小;3)土层加速度和孔压随波流传播和埋深增加逐渐减小,群桩的存在会增大土层加速度、减小孔压;4)高桩码头设计时,应适当提高中间桩的强度,重视对表层海床土的加固。研究成果可为高桩码头的设计和维护提供一定的参考与借鉴。     

波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应

为研究波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应,运用ANSYS/AQWA软件建立悬浮隧道及其锚泊系统的有限元模型.通过单元生死功能和时控法模拟锚索破断行为,对比分析不同波流条件对悬浮隧道局部锚索破断动力响应的影响.研究结果表明:锚索破断之后,会对剩余锚索产生冲击效应,缆力瞬态增量随着与破断位置距离的增加而逐步递减;规则波、均匀流和锚索破断作用引起的悬浮隧道动力响应具有不同的特征,规则波主要引起结构产生周期运动,均匀流主要引起结构产生大幅偏移和低频运动,锚索破断主要引起结构产生冲击效应和高频振动;锚索破断之后,剩余结构的阻尼增大、刚度降低,导致锚索破断前后的结构运动行为出现明显的不同.     

随机波流作用下不同截面形式悬浮隧道的动力响应

悬浮隧道是一种用以跨越长深水域的新型交通结构物,其动力响应是评价其安全性的关键性指标。不同截面形式悬浮隧道具有不同的水动力特性,为研究不同截面形式的悬浮隧道在海洋真实随机波浪及均匀流荷载环境下的动力响应,基于势流理论建立悬浮隧道有限元模型。为了验证计算理论的准确性,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明,该计算理论具有较高的准确性,可用于进一步的悬浮隧道动力响应分析。对不同截面类型悬浮隧道在不同工况下动力响应进行分析,结果表明：椭圆形截面悬浮隧道对波流的敏感性最高,安全性最差;矩形截面与八边形截面在大多数情况下的动力响应较为接近,但八边形对于有义波高的敏感性更高一些。研究结果可为悬浮隧道建设提供有效的建议。     

水下爆炸作用下船舱浮筏系统的冲击响应试验研究

设计了船舱浮筏系统的水下爆炸试验装置,测试了浅水域中爆炸的水下爆炸载荷,分析了存在结构反射时的冲击波和气泡脉动压力的幅值、比冲量和能量密度,指出以低频成分为主的气泡脉动压力,对舰船设备隔离系统的冲击响应产生重要的作用.并对水下爆炸载荷作用下船舱浮筏系统的冲击响应进行分析,其结果对于研究舰船设备的抗冲击性能具有参考价值.     

水下爆炸作用下船舱浮筏系统的冲击响应试验研究

设计了船舱浮筏系统的水下爆炸试验装置，测试了浅水域中爆炸的水下爆炸载荷，分析了存在结构反射时的冲击波和气泡脉动压力的幅值、比冲量和能量密度，指出以低频成分为主的气泡脉动压力，对舰船设备隔离系统的冲击响应产生重要的作用。并对水下爆炸载荷作用下船舱浮筏系统的冲击响应进行分析，其结果对于研究舰船设备的抗冲击性能具有参考价值。     

强夯作用下孔隙水压力响应试验

在强夯荷载的作用下,地基内部将引起孔隙水压力的迅速增长,孔隙水压力增长和消散的大小以及速度在一定程度上反映了土体加固效果的好坏,尤其是对饱和软粘土地基。在信息化施工过程中,孔隙水压力的消散情况还可用来控制夯击相邻遍之间的间隔时间。文中浅释不同土质的孔隙水压力产生和消散机理,并通过工程实例,分析在强夯作用下,孔隙水压力响应的规律,进一步了解强夯的加固机理和加固效果。     

水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟

根据流固耦合的Taylor平板理论和Cole的水下爆炸经验公式,得到了水下爆炸冲击波作用下平板迎爆面的总压力载荷,并将该压力载荷嵌入到ABAQUS程序的用户自定义载荷子程序VDLOAD中,实现了对ABAQUS的二次开发.作为验证,利用该方法模拟了水下爆炸冲击波作用下固支平板的塑性动力响应,模拟结果与试验结果吻合良好.与通用的模拟方法相比,本文所采用的模拟方法在保证较高计算精度的前提下,可以显著降低计算成本并简化建模过程,对于工程应用具有一定参考和实用价值.     

水下仿生柔性胸鳍摆动水动力特性试验研究

为了掌握仿生柔性胸鳍动态摆动过程真实的水动力特性,研制了仿生多鳍条的柔性胸鳍模型及驱动控制系统,首次采用拖曳水池测力试验的方法对仿生柔性胸鳍摆动过程受力进行了测试,获得了柔性胸鳍在不同运动参数的受力数据,掌握了频率、摆幅、相位差等对仿生胸鳍模型受力的影响规律.试验结果表明:胸鳍摆动频率越大、摆幅越大,胸鳍产生的推力、侧向力和转动力矩越大;胸鳍鳍条间的相位差越小,胸鳍产生的推力、侧向力和转动力矩越大;柔性胸鳍不规则形变导致推力峰值不对称.     

内波作用下水下航行体水动力载荷及运动特性研究

中国南海区域海洋内波出现频率较多。海洋内波携带着巨大能量,对于水下航行体的安全航行具有非常大的威胁。为了研究内波对水下航行体的水动力性能影响,该文基于RANS方法和KdV理论建立了分层流中的内孤立波与水下航行体相互作用的数值模拟方法。在对约束模型数值模拟分析的基础上,采用DFBI方法结合重叠网格技术,开展了内孤立波作用下水下航行体自由运动的数值模拟。分析表明,内孤立波与航行体相遇,会使得其周围流场变得异常复杂,从而引起突变的流体动力和运动,对此时的航行安全性应给予极大重视。     

复杂水流环境下系泊船的水动力特性研究

为研究深水码头复杂水流条件下系泊船的水动力特性,利用CFD软件STAR-CCM+对系泊船模型的粘性流场进行瞬态数值模拟,通过求解RANS方程和Realizable k-ε湍流模型获得船舶水流作用力.在无波浪定常流作用下,系泊船姿态最终保持稳定,可用固定船舶近似代替系泊船进行模型简化.在完成网格无关性和数值模型合理性研究...